Вейко В.П. - Лазерная микрообработка 2007

– 31 –

ТРЕБУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ МИКРООБРАБОТКИ (5)

5. Пространственные характеристики модовой структуры (TEMmn) лазерного пучка

– 32 –

ТРЕБУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ МИКРООБРАБОТКИ (6)

6. Расходимость пучка

ного окна лазера, ответственного за дифракцию, Aд — коэффициент, отвечающий за распреде-

ление интенсивности в поперечном сечении пучка.

Величины bд и Aд, и α для разных лазерных пучков приведены в таблице 2.

– 33 –

ТИПИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ МИКРООБРАБОТКИ (1)

– 34 –

ТИПИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ МИКРООБРАБОТКИ (2)

– 35 –

ТИПИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ МИКРООБРАБОТКИ (3)

– 36 –

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

•Высокая однородность и стабильность параметров излучения

•Эффективность (кпд)

• Высокие эксплуатационные характеристики

Достаточный ресурс и надежность Минимальный вес и размер Простая конструкция

• Экономическая эффективность

–37 –

4.ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ МИКРООБРАБОТКИ

Любая оптическая система для ЛМ должна обеспечить три основные группы требований:

Энергетические :

•плотность мощности излучения, достаточную для выполнения заданного типа поверхностной обработки,

•максимальное использование энергии лазера, с учетом потерь на диафрагмах (виньетирование) и на оптических компонентах (Френелевское отражение и остаточное поглощение)

К точностным параметрам относятся:

•необходимость формирования зоны обработки заданной и строго очерченной формы,

•необходимость формирования изображения зоны воздействия с минимальной неровностью края

При рассмотрении требований к ОС в части рабочего поля наиболее важные вопросы:

•как перекрыть полную рабочую зону посредством сканирующих оптико–механических систем или проекционных оптических систем с приемлемой точностью, производительностью и самым простым путем

– 38 –

ФОКУСИРУЮЩАЯ ТЕХНИКА ДЛЯ ЛМ

Основные пространственно–геометрические модели лазерных источников Гауссова модель лазерного источника (одномодовый режим)

θ = α2

в перетяжке d0 = 2ω0

Телецентрическая модель лазерного источника (многомодовый режим)

(оси всех пучков || оптической оси, все направления внутри α равноценны)

фокальное пятно d0 = αF , глубина резкости l = 2d0F D

теоретические пределы: d0 = λFD ≈ λ; L ≈ 2d02 λ ≈ 2d0 Пример: при α =10−3 рад, F =1 см, d0 =10 мкм, l0 = 20 мкм

– 39 –

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ В ФОКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

Но что такое d0 — минимальный размер воздействия?

Что будет если интенсивность воздействия на материал внутри d0 будет на уровне q > qп?

Ответ смотри далее

– 40 –

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ФОКУСИРУЮЩЕЙ ТЕХНИКИ

Фокусирующая техника характеризуется простотой, полным использованием лазерной энергии и оптическим разрешением (размером светового пятна), определяемым расходимостью пучка и фокусным расстоянием линзы.

Дальнейшее уменьшение размера пятна может быть достигнуто размерщением перед объективом телескопического расширителя пучка с увеличением Γ (сокращение расхождениия в Γ раз). При этом можно либо уменьшать d0 , либо увеличивать фокусное расстояние объектива f

без изменения d0 (d0 = αлf Γ).

Использование расширителя пучка в рабочей станции «КВАНТ–3» приводит к получению пятна диаметром 5 мкм с рабочим отрезком объектива объектива 70 мм. Такая большая величина рабочего отрезка обеспечивает размещение (если необходимо) образца с различными зондами, контактных измерительных и других устройств.

Главные недостатки фокусирующей техники:

•неоднородное распределение интенсивности в фокальном пятне и отсутствие постоянного размера зоны воздействия, который зависит от порога чувствительности материала,

•сложность обеспечения достаточной точности краев зоны воздействия при сканировании